Vanwege het coronavirus werken onze medewerkers thuis.

N.B. Het kan zijn dat elementen ontbreken aan deze printversie.

Technologie Een tomatenkas in Bleiswijk dient als laboratorium om allerlei nieuwe sensoren te testen die de gezondheid van de plant in de gaten houden.

Droogte is niet goed voor een tomatenplant. Bladeren gaan hangen en worden bruin. Bloemen verdorren, vruchten groeien niet meer. Als de gevolgen van droogte eenmaal zichtbaar zijn, is het voor een plant haast onmogelijk om geheel te herstellen. Maar een plant geeft al heel veel signalen dat het last heeft van droogte vóórdat het aan blad en bloem te zien is. Daar moet je alleen wel ogen en oren voor hebben.

Onderzoekers van Plantenna, een samenwerkingsprogramma van de TU Delft, TU Eindhoven, Universiteit Twente en Wageningen University, hebben die de afgelopen jaren ontwikkeld. Deze zomer hebben ze gemeten of hun nieuwe sensoren om droogtestress te meten doen wat ze moeten doen. Vandaag is de laatste meetdag, volgende week wordt hun kas in het Delphy Improvement Centre, een tuinders-onderzoekscomplex in Bleiswijk, leeggehaald.

Twee keer handen ontsmetten, ook een doekje over het opname-apparaatje graag, onhandig over een bewegende schoenenborstel lopen, beschermend pak aan, haarnetje, handschoenen en plastic over de schoenen. Het duurt tien minuten voor ons gezelschap – drie onderzoekers, een persvoorlichter en een verslaggever – de kas in kan. Alles om de tomatenplanten te beschermen tegen per ongeluk meegenomen ziektes. Tomaten zijn gevoelige planten.

„Het was soms wel zweten deze zomer. De temperatuur boven in de kas lag regelmatig rond de veertig graden, weten we uit onze metingen”, zegt Marie-Claire ten Veldhuis. Zij loopt aanmerkelijk handiger over de schoenenborstel. Ten Veldhuis is universitair hoofddocent watermanagement aan de TU Delft en een van de onderzoekers van Plantenna. „De planten waren al volwassen toen wij in mei hier begonnen, vóór ons is er ander onderzoek mee gedaan.”

Zes rijen met tomatenplanten staan er in de kas. Op heuphoogte steken de planten in een klein zwart bakje waarin ook de irrigatiestokjes gestoken zijn. Daaronder een pak glaswol – hetzelfde spul als waarmee daken worden geïsoleerd – waar de wortels in groeien. Dikke bundels kale stengels lopen horizontaal langs de rijen. Elke stengel, vijftien meter lang, hoort bij een plant die richting het plafond groeit. Gekleurde labeltjes helpen de planten te onderscheiden in de wirwar.

„Ze groeien twintig tot dertig centimeter per week”, zegt Ten Veldhuis. Bovenin zijn gele bloemen zichtbaar, daaronder kleine groene vruchten en op borsthoogte – handige plukhoogte – hangen de rijpe vruchten. Net als in een echte kas. „De planten groeien langs een draad omhoog. Aan het einde van de week laten de beheerders van Delphy de plant een beetje zakken, en zo nodig schuiven ze een plekje op. Daarom lopen de stengels beneden helemaal rond.” Het overtollige blad onder aan de plant wordt erafgetrokken en verzameld op de grond.

„Droogte is nu al een probleem voor sommige gewassen. Niet bij gewassen in een kas, daar is alles regelbaar, maar wel in het veld”, zegt Ten Veldhuis. „In de toekomst kun je je voorstellen dat er ook schaarste aan nutriënten ontstaat, zoals fosfaat. Als niet alles meer optimaal voorhanden is ga je de teeltomstandigheden opschuiven. Uiteindelijk willen wij weten, hoe ver kun je daarin gaan voordat een plant schade ondervindt en kun je dat punt detecteren met sensoren?”

Eerst maar eens vat krijgen op de droogte. Binnen het Plantenna-project zijn nieuwe, innovatieve sensoren ontwikkeld. Zoals een ‘stomatoscoop’, een microscoop die hoog in de kas hangt, vlak boven een blad, en daar de beweging van de huidmondjes in het blad in beeld brengt. Verborgen in een beschermend pakketje van grijs schuim rond een stengel hangt een sapstroommeter die warmtepulsjes uitzendt en iets verderop kijkt wat er van die warmte over is. Daaruit is de snelheid van de sapstroom af te meten. Aan een andere stengel hangt een plantradar, die dicht bij de stengel elektromagnetische golven uitzendt. Water neemt een deel van het signaal op, uit het deel dat weerkaatst is af te leiden hoeveel water in de stengel zit.

Er hangen ook bestaande sensoren in de kas, zoals een gevoelig veertje dat het krimpen en uitzetten van de stengels meet. Die zijn er om de metingen van de nieuwe sensoren te valideren.

De proeven vinden niet in het veld plaats, waar droogte ook deze zomer een probleem was, maar in een kas omdat hier de omstandigheden goed te controleren zijn. De planten halen hun voedingsstoffen uit het irrigatiewater, waarin van alles in precies de juiste hoeveelheid is opgelost. Om de paar minuten klinkt gesis, dan wordt CO2 de kas in gespoten. En in de hoek staat een kartonnen doos. „Daarin zaten hommels, elke acht weken wordt er een nieuwe lading hommels losgelaten om de planten te bestuiven”, zegt Mariska Koning, postdoconderzoeker aan de TU Delft en begeleider van het veldwerk van Plantenna.

Elke betrokken vakgroep heeft ‘eigen’ sensoren. „Dit is echt een samenwerking tussen enerzijds micro-elektronica en anderzijds waterbeheer en plantkunde”, zegt Ten Veldhuis.

Koning, met een achtergrond in natuurkunde en meteorologie, is vooral geïnteresseerd in de omgevingsfactoren van de planten. Een net van glasvezelkabels dat tussen de planten hangt, is bedoeld om een driedimensionaal beeld van de temperatuur in de kas te krijgen. Met lichtflitsjes wordt op elke dertig centimeter de temperatuur gemeten. „Bovenin kan het tien graden warmer zijn dan onderin. De stand van de zon maakt natuurlijk veel uit, maar ook een blad dat schaduw geeft op een blad eronder zorgt al voor temperatuurverschil”, zegt Koning.

„Temperatuurvariatie zorgt voor luchtstroming, een gewas heeft dat nodig om te kunnen verdampen”, zegt Koning. „Alles wat een plant opneemt behalve CO2 komt via het sap binnen. Is er te weinig luchtstroming dan blijft het vocht tegen het blad hangen, dan stopt het verdampen en wordt er onderaan ook geen sap meer opgenomen.” Het temperatuurnet geeft ook aanvullende informatie bij de andere sensoren: als er hittestress optreedt, bij welke temperatuur gebeurt dat dan?

Natuurlijk hangt in kassen nu ook al wel een thermometer, ook zoninstraling en luchtvochtigheid wordt doorgaans al bijgehouden. „Maar dat gebeurt dan met een of twee van zulke boxen, die in het midden van de kas hangen.” Koning wijst naar een meetkast die ook in deze onderzoekskas hangt. „Die meet dus op één plek, ver van de meeste planten vandaan. Wij zien juist dat er heel veel variatie in de kas is. En onze sensoren staan héél dicht op de plant.”

De onderzoekers hebben de afgelopen maanden vier keer een stresstest uitgevoerd. „Dan haalden we de druppelaars met irrigatie eruit, meestal voor een dag of twee”, zegt Koning. Steeds bij een andere rij planten, zodat de beginwaarden vrijwel gelijk waren voor elke stresstest. „Je weet niet of de planten beschadigd raken en of ze daardoor anders reageren op nieuwe droogtestress.” Als de glaswolmatten helemaal droog waren mocht de irrigatie er weer in, en kregen de planten tijd om te herstellen.

„Bij de laatste stresstest hebben we de irrigatie er nog iets langer uit gelaten”, zegt Koning. „De stresssignalen waren toen veel duidelijker. Dat verwacht je natuurlijk ook, maar het was fijn om dat in de sensordata terug te zien. Nog steeds was er aan de buitenkant van de plant niks te zien.”

Tomatenplanten zijn fijne planten voor dit soort onderzoek. Ze reageren snel en dus is ook snel te zien of de sensoren nuttige signalen oppikken. „Het herstel is ook interessant. Zodra die druppelaars teruggaan zie je in één keer weer een verandering. Huidmondjes gaan weer open, de sapstroom komt meteen op gang”, zegt Berend de Klerk. Hij is net afgestudeerd in high tech engineering aan de TU Delft. Zijn afstudeeronderzoek ging over een plantmicrofoon, inmiddels is hij een startup rondom de sensor begonnen.

„Hij hangt daarboven, aan een stengel”, wijst De Klerk naar een grijs pakketje hoog in een tomatenplant. De microfoon is ook ingepakt in schuim, omdat het gesis van de CO2-spuit ruis veroorzaakte. De sensor zelf is maar klein. „We luisteren naar de geluiden die de plant maakt. Dat een plant geluid maakt wisten we, maar begrijpen wat hij zegt, dat wilden we tijdens deze meetcampagne leren.”

Hoe klinkt een plant dan, en wat zegt hij? De Klerk knipt snel met zijn vingers. „Zoiets, maar dan hoger en heel zacht natuurlijk. Wij kunnen het niet horen. Als hij droog staat, maakt hij vaker geluid.”

Het valt op dat de sensoren weliswaar een andere aanpak hebben, maar allemaal dezelfde vraag moeten beantwoorden: heeft deze plant last van droogte? „Dat klopt”, zegt Ten Veldhuis. „Maar of ze allemaal even gevoelig zijn, en vooral of ze de snelle dynamiek goed oppikken, dat moeten we allemaal nog uitvinden. Het komende halfjaar gaan we alle data analyseren en onze bevindingen opschrijven. Sommige sensoren zijn echt wetenschappelijke instrumenten, zoals de stomatoscoop. Een prachtig apparaat, maar veel te bewerkelijk voor in het veld. We hopen dat een aantal van de goedkope sensoren juist wel eenvoudig bruikbaar blijken, zodat je er veel van kunt aanschaffen en in het veld kunt zetten.”

Wij hielden het nauwelijks vol boven in die hete kas, zij blijven vrolijk vruchten produceren

Marie-Claire ten Veldhuis TU Delft

Het temperatuurnet is al eens met succes ingezet in een fruitboomgaard. Koning: „Bij vrieskou kunnen bloemen kapotvriezen, en dan krijg je geen vruchten. In de boomgaard worden daarom soms ventilatoren gebruikt, die warme en koude lucht actief mixen zodat bloemen net boven het vriespunt blijven. De vraag was, wanneer zet je de ventilatoren aan en hoeveel doet het nu eigenlijk. De temperatuurwisselingen konden we met het net heel goed volgen.”

Ook als blijkt dat de andere sensoren ook doen wat ze beloven, is de weg naar ‘connected teelt’ nog ver. Na de wetenschap komen de praktische hobbels. De meeste sensoren worden nu met een stekker van stroom voorzien, data uitlezen gaat door er een computer aan te hangen. „Stroom zou eigenlijk van kleine zonnepaneeltjes moeten komen. En gegevens wil je online uitlezen, of verzamelen in een datalogger”, zegt Koning. „We hebben nu behoorlijk wat moeite gehad om genoeg stekkerdozen en lange snoeren te vinden. Dat kan niet in een groot open veld.”

De Delftenaren, technici zonder veel plantkennis voordat ze hieraan begonnen, zijn anders tegen planten aan gaan kijken in deze maanden van meten. „Deze planten zijn ontzettend actief, ze leven volop. En ze zijn zo weerbaar”, zegt Ten Veldhuis. „We hadden enorme hittegolven deze zomer. Wij hielden het nauwelijks vol boven in die hete kas, zij blijven vrolijk vruchten produceren.” Koning: „Vooraf probeerden we een van de sensoren op een kamerplant. Daar gebeurt dus helemaal niks in. Die worden daar natuurlijk ook op gekweekt, ze moeten lang meegaan, maar wat een wereld van verschil.”

Heeft u een tip over dit onderwerp, ziet u een spelfout of feitelijke onjuistheid? We stellen het zeer op prijs als u ons daarover een bericht stuurt. U kunt ons ook anoniem een tip geven.